CN100503150C - 五自由度混联数控机床 - Google Patents
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Abstract
五自由度混联数控机床，它涉及一种五自由度数控机床。针对现有六自由度并联机床在加工空间复杂曲面零件，存在结构复杂、工作空间与机构的体积比小、操作复杂、造价高的问题。本发明的固定平台(2)位于运动平台(3)的上方且二者之间通过四个伸缩连杆(4)连接，四个伸缩连杆(4)的上端与第一伺服电机(1)传动连接，连接轴(7)装在运动平台(3)下端的支壁上，连接轴(7)上装有电主轴(6)，电主轴(6)的下端固定装有刀具(8)，第二伺服电机(5)与连接轴(7)传动连接。本发明通过第一伺服电机驱动四个伸缩连杆实现运动平台的三维移动和一维转动，同时第二伺服电机驱动电主轴和刀具相对于运动平台转动，因此该混联数控机床可实现对空间复杂曲面零件的加工作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种五自由度数控机床，属于机械制造技术领域。
背景技术
近十几年来，并联机床是国内外数控机床研究领域非常关注的热点课题。并联机床又称虚拟轴机床，是知识密集、智力密集、技术密集的机电一体化高技术产品，是并联机器人、数控机械、计算机控制、精密测量、数控加工等多学科应用技术的交叉，国内的学者对其投入了大量的研究工作(引证公开号为CN 1788929A、名称为“五轴联动并串联数控机床”的中国发明专利)。
并联机床与传统结构形式的数控机床相比具有许多优点。传统机床中，驱动刀具与工件作相对运动的进给轴按照笛卡儿坐标布置，且为串联、开链结构。为了实现五轴加工，需在传统的三轴机床上再增加两个轴来控制刀具的姿态，所有这些轴都按串联结构布置。当一个轴运动时，需带动串联运动链上后面的所有轴一起运动，因此运动惯性大，动态性能较差。同时产生的切削力沿开链传递，使每一部件的缺陷都会对切削精度产生影响。而并联机床的运动平台由几个简单的串联运动链并行驱动，结构简单，***的刚度重量比大，响应速度快，适合高速数控作业，机械本体的精度高，易于可重构和模块化设计，技术附加值高(引证“并联机床的发展现状与展望”.陈文家，王洪光，房立金，赵明扬.机电工程.2001，18(4)：5～8)。
目前国内外的并联机床产品大多采用一般的Stewart六自由度并联机器人机构来实现五轴运动，但这些机构的结构均较复杂，工作空间与机构的体积比较小，操作复杂，造价高，并且因浪费了一个轴的驱动与传动装置而增加了成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种五自由度混联数控机床，它可解决现有六自由度并联机床加工空间复杂曲面零件，存在结构复杂、工作空间与机构的体积比小、操作复杂、造价高的问题。
本发明包括四个第一伺服电机、固定平台和运动平台；本发明还包括四个伸缩连杆、第二伺服电机、电主轴、连接轴和刀具；所述固定平台位于运动平台的上方，运动平台与固定平台之间通过四个伸缩连杆连接，所述四个伸缩连杆的上端分别与第一伺服电机传动连接，所述连接轴装在运动平台下端的支壁上，连接轴上装有与运动平台转动连接的电主轴，电主轴的下端固定装有刀具，所述第二伺服电机的输出轴与连接轴传动连接；所述四个伸缩连杆由第一伸缩连杆、第二伸缩连杆、第三伸缩连杆和第四伸缩连杆组成；所述第一伸缩连杆的上端和第二伸缩连杆的上端分别通过第一虎克铰与所述固定平台连接，所述第一伸缩连杆的下端和第二伸缩连杆的下端分别通过球铰与所述运动平台连接，所述第三伸缩连杆的上端和第四伸缩连杆的上端分别通过第二虎克铰与固定平台连接，所述两个第二虎克铰的一级转动副轴线与Y轴重合；所述第三伸缩连杆的下端和第四伸缩连杆的下端分别通过转动副与运动平台连接，所述两个转动副的轴线及两个第二虎克铰的二级转动副轴线分别与X轴平行。
本发明具有以下有益效果：一、本发明通过第一伺服电机驱动四个伸缩连杆实现运动平台的三维移动和一维转动(即运动平台分别沿X、Y、Z轴的移动和沿X的转动)，同时第二伺服电机驱动连接轴转动，这样就使得运动平台上的刀具相对被加工工件具有空间三维移动和两维转动运动。因此该混联数控机床完全可以替代传统的串联式多轴机床和六自由度并联机床来实现对空间复杂曲面零件的加工。二、本发明与传统的串联式多轴机床相比较，具有较高的精度和动态性能，且结构简单、成本低、易制造。三、本发明与现有的六自由度并联机床相比，结构简单、工作空间大、造价低。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由四个第一伺服电机1、固定平台2、运动平台3、四个伸缩连杆4、第二伺服电机5、电主轴6、连接轴7和刀具8组成；所述固定平台2位于运动平台3的上方，运动平台3与固定平台2之间通过四个伸缩连杆4连接，所述四个伸缩连杆4的上端分别与第一伺服电机1传动连接，所述连接轴7装在运动平台3下端的支壁上，连接轴7上装有与运动平台3转动连接的电主轴6，电主轴6的下端固定装有刀具8，所述第二伺服电机5的输出轴与连接轴7传动连接。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的四个伸缩连杆4由第一伸缩连杆9、第二伸缩连杆10、第三伸缩连杆11和第四伸缩连杆12组成；所述第一伸缩连杆9的上端和第二伸缩连杆10的上端分别通过第一虎克铰13与所述固定平台2连接，所述第一伸缩连杆9的下端和第二伸缩连杆10的下端分别通过球铰14与所述运动平台3连接，所述第三伸缩连杆11的上端和第四伸缩连杆12的上端分别通过第二虎克铰15与固定平台2连接，所述两个第二虎克铰15的一级转动副轴线16与Y轴重合(坐标系的建立是：Y轴与两个第二虎克铰15的一级转动副轴线方向重合，X轴在固定平台2的平面内，Z轴分别与X轴和Y轴垂直)；所述第三伸缩连杆11的下端和第四伸缩连杆12的下端分别通过转动副17与运动平台3连接，所述两个转动副17的轴线及两个第二虎克铰15的二级转动副轴线18分别与X轴平行。如此设置，可实现运动平台3沿X轴、Y轴、Z轴的移动和绕X轴的转动。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的连接轴7的轴线与两个转动副17的轴线垂直且与两个转动副17的轴线所在平面平行。如此设置，可实现刀具沿连接轴7的轴线转动的自由度，从而保证了刀具相对被加工工件具有空间三维移动和两维转动运动。
机床工作时，通过四个第一伺服电机1驱动四个伸缩连杆4作伸缩运动来实现运动平台3的三维移动和一维转动，同时第二伺服电机5驱动连接轴7转动，这样刀具相对于运动平台3可实现空间三维移动和两维转动运动，从而实现对空间复杂曲面零件的加工作业。
Claims (2)
1、一种五自由度混联数控机床，其组成包括四个第一伺服电机(1)、固定平台(2)和运动平台(3)；其特征在于所述机床还包括四个伸缩连杆(4)、第二伺服电机(5)、电主轴(6)、连接轴(7)和刀具(8)；所述固定平台(2)位于运动平台(3)的上方，运动平台(3)与固定平台(2)之间通过四个伸缩连杆(4)连接，所述四个伸缩连杆(4)的上端分别与第一伺服电机(1)传动连接，所述连接轴(7)装在运动平台(3)下端的支壁上，连接轴(7)上装有与运动平台(3)转动连接的电主轴(6)，电主轴(6)的下端固定装有刀具(8)，所述第二伺服电机(5)的输出轴与连接轴(7)传动连接；所述四个伸缩连杆(4)由第一伸缩连杆(9)、第二伸缩连杆(10)、第三伸缩连杆(11)和第四伸缩连杆(12)组成；所述第一伸缩连杆(9)的上端和第二伸缩连杆(10)的上端分别通过第一虎克铰(13)与所述固定平台(2)连接，所述第一伸缩连杆(9)的下端和第二伸缩连杆(10)的下端分别通过球铰(14)与所述运动平台(3)连接，所述第三伸缩连杆(11)的上端和第四伸缩连杆(12)的上端分别通过第二虎克铰(15)与固定平台(2)连接，所述两个第二虎克铰(15)的一级转动副轴线(16)与Y轴重合；所述第三伸缩连杆(11)的下端和第四伸缩连杆(12)的下端分别通过转动副(17)与运动平台(3)连接，所述两个转动副(17)的轴线及两个第二虎克铰(15)的二级转动副轴线(18)分别与X轴平行，X轴与Y轴垂直。
2、根据权利要求1所述的五自由度混联数控机床，其特征在于所述连接轴(7)的轴线与两个转动副(17)的轴线垂直且与两个转动副(17)的轴线所在平面平行。
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| 含有平行连杆的五自由度工业机器人动力学分析. 窦小红，许有恒，蒋正渠.上海交通大学学报，第24卷第1期. 1990 |
| 含有平行连杆的五自由度工业机器人动力学分析. 窦小红，许有恒，蒋正渠.上海交通大学学报，第24卷第1期. 1990 * |
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